How quantum mechanics explains global warming - Lieven Scheire

Tradutor: Margarida Ferreira Revisora: Mafalda Ferreira

You've probably heard that

Provavelmente, já ouviram dizer

carbon dioxide is warming the Earth,

que o dióxido de carbono está a aquecer a Terra.

but how does it work?

Mas, como é que isso funciona?

Is it like the glass of a greenhouse

É como o vidro duma estufa

or like an insulating blanket?

ou como um cobertor de isolamento?

Well, not entirely.

Bom, não propriamente.

The answer involves a bit

A resposta envolve um pouco de mecânica quântica,

of quantum mechanics, but don't worry,

mas não se preocupem, vamos começar com um arco-íris.

we'll start with a rainbow.

If you look closely at sunlight separated

Se olharem com atenção para a luz solar separada através de um prisma,

through a prism,

you'll see dark gaps where bands of color went missing.

verão intervalos escuros onde faltam faixas de cor.

Where did they go?

Para onde é que elas foram?

Before reaching our eyes,

Antes de chegarem aos nossos olhos,

different gases absorbed those

partes específicas do espetro foram absorvidas por diversos gases.

specific parts of the spectrum.

For example, oxygen gas snatched up

Por exemplo, o oxigénio confiscou

some of the dark red light,

parte da luz vermelho escuro.

and sodium grabbed two bands of yellow.

O sódio apoderou-se de duas faixas da amarela.

But why do these gases absorb

Porque é que estes gases absorvem cores específicas de luz?

specific colors of light?

This is where we enter the quantum realm.

É aqui que entramos no reino da mecânica quântica.

Every atom and molecule has a set number

Cada átomo e cada molécula tem um determinado número

of possible energy levels for its electrons.

de níveis de energia possível para os seus eletrões.

To shift its electrons from the ground state

Para mudar esses eletrões do nível de base para um nível mais alto,

to a higher level,

a molecule needs to gain a certain amount of energy.

uma molécula precisa de ganhar uma certa quantidade de energia.

No more, no less.

Nem mais, nem menos.

It gets that energy from light,

Obtém essa energia da luz,

which comes in more energy levels than you could count.

o que se traduz em mais níveis de energia do que podemos contar.

Light consists of tiny particles called photons

A luz é formada por partículas minúsculas, chamadas fotões

and the amount of energy in each photon

e a quantidade de energia em cada fotão corresponde à sua cor.

corresponds to its color.

A luz vermelha tem energia mais baixa e um comprimento de onda maior.

Red light has lower energy and longer wavelengths.

Purple light has higher energy and shorter wavelengths.

A luz violeta tem energia mais alta e um comprimento de onda menor.

Sunlight offers all the photons of the rainbow,

A luz solar oferece todos os fotões do arco-íris,

so a gas molecule can choose

por isso uma molécula de gás pode escolher os fotões

the photons that carry the exact amount of energy

que carregam a quantidade exata de energia de que a molécula necessita

needed to shift the molecule to

its next energy level.

para passar ao nível de energia seguinte.

When this match is made,

Quando se dá esse encontro, o fotão desaparece

the photon disappers as the molecule

gains its energy,

enquanto a molécula ganha a energia dele

and we get a small gap in our rainbow.

e temos um pequeno intervalo no arco-íris.

If a photon carries too much or too little energy,

Se um fotão transporta demasiada energia ou energia a menos,

the molecule has no choice but

a molécula não tem outra hipótese senão a de o deixar passar.

to let it fly past.

This is why glass is transparent.

É por isso que o vidro é transparente.

The atoms in glass do not pair well

Os átomos do vidro não emparelham bem

with any of the energy levels in visible light,

com qualquer dos níveis de energia da luz visível,

so the photons pass through.

por isso todos os fotões passam por ele.

So, which photons does carbon dioxide prefer?

Então, quais são os fotões que o dióxido de carbono prefere?

Where is the black line in our rainbow

Onde está a linha preta no arco-íris que explica o aquecimento global?

that explains global warming?

Well, it's not there.

Bom, isso não aparece.

Carbon dioxide doesn't absorb light directly

O dióxido de carbono não absorve a luz diretamente do Sol.

from the Sun.

Absorve a luz a partir de um corpo celeste totalmente diferente,

It absorbs light from a totally

different celestial body.

One that doesn't appear to be emitting light at all:

um corpo que parece não emitir nenhuma luz: a Terra.

Earth.

If you're wondering why our planet

Se não percebem porque é que a Terra parece que não brilha

doesn't seem to be glowing,

it's because the Earth doesn't emit visible light.

é porque a Terra não emite luz visível.

Emite luz infravermelha.

It emits infared light.

The light that our eyes can see,

A luz que os nossos olhos veem,

including all of the colors of the rainbow,

incluindo todas as cores do arco-íris,

is just a small part of the larger spectrum

são só uma pequena parte do espetro maior

of electromagnetic radiation,

das radiações eletromagnéticas

which includes radio waves, microwaves,

que incluem as ondas rádio, as micro-ondas,

infrared, ultraviolet, x-rays,

os infravermelhos, os ultravioletas,

os raios X e os raios gama.

and gamma rays.

It may seem strange to think of these things as light,

Pode parecer estranho pensar nestas coisas como luz,

but there is no fundamental difference

mas não há diferença fundamental

between visible light and other electromagnetic radiation.

entre a luz visível e as outras radiações eletromagnéticas.

É a mesma energia,

It's the same energy,

but at a higher or lower level.

mas a um nível mais alto ou mais baixo.

In fact, it's a bit presumptuous to define

Com efeito, é um pouco presunçoso

the term visible light by our own limitations.

definir o termo luz visível segundo as nossas limitações.

After all, infrared light is visible to snakes,

Afinal, as cobras conseguem ver as luzes infravermelhas

and ultraviolet light is visible to birds.

e as aves conseguem ver a luz ultravioleta,

If our eyes were adapted to see light of

Se os nossos olhos estivessem adaptados

1900 megahertz, then a mobile phone

para ver a luz de 1900 megahertz,

um telemóvel seria uma lanterna

would be a flashlight,

and a cell phone tower

e uma torre de telemóveis pareceria um enorme farol.

would look like a huge lantern.

A Terra emite radiações infravermelhos

Earth emits infrared radiation

because every object with a temperature

porque todos os objetos

above absolute zero will emit light.

com uma temperatura, acima do zero absoluto, emitem luz.

This is called thermal radiation.

Chamamos-lhe radiações térmicas.

The hotter an object gets,

Quanto mais quente estiver um objeto, maior é a frequência da luz que emite.

the higher frequency the light it emits.

When you heat a piece of iron,

Quando aquecemos um pedaço de ferro,

it will emit more and more frequencies of infrared light,

ele emitirá frequências cada vez maiores de luz infravermelha

and then, at a temperature of around 450 degrees Celsius,

e depois, a uma temperatura aproximada de 450º Celsius,

its light will reach the visible spectrum.

essa luz atingirá o espetro visível.

A princípio, parecerá vermelho em brasa.

At first, it will look red hot.

And with even more heat,

Com mais calor ainda, começará a parecer branca

it will glow white

with all of the frequencies of visible light.

com todas as frequências da luz visível.

This is how traditional light bulbs

É assim que foram concebidas as lâmpadas elétricas tradicionais

were designed to work

and why they're so wasteful.

e é por isso que são tão perdulárias.

95% of the light they emit is invisible to our eyes.

95% da luz que emitem é invisível aos nossos olhos.

It's wasted as heat.

É desperdiçada enquanto calor.

Earth's infrared radiation would escape to space

As radiações infravermelhas da Terra escapar-se-iam para o espaço

if there weren't greenhouse gas molecules

se não houvesse gases com efeito de estufa na nossa atmosfera.

in our atmophere.

Tal como o oxigénio prefere os fotões de vermelho escuro,

Just as oxygen gas prefers the dark red photons,

carbon dioxide and other greenhouse gases

o dióxido de carbono e outros gases com efeito de estufa

match with infrared photons.

emparelham com fotões infravermelhos

que fornecem a quantidade exata de energia

They provide the right amount of energy

to shift the gas molecules into their higher energy level.

para mudar as moléculas desses gases para um nível de energia mais alta.

Shortly after a carbon dioxide molecule

Pouco depois de uma molécula de dióxido de carbono

absorbs an infrared photon,

absorver um fotão infravermelho,

it will fall back to its previous energy level,

cairá para o nível de energia anterior,

and spit a photon back out in a random direction.

e devolve um fotão numa direção qualquer.

Some of that energy then returns

Alguma dessa energia regressa à superfície da Terra,

to Earth's surface,

causando o aquecimento.

causing warming.

The more carbon dioxide in the atmosphere,

Quanto mais dióxido de carbono exista na atmosfera,

the more likely that infrared photons

mais provável é que os fotões infravermelhos regressem à Terra

will land back on Earth

and change our climate.

e alterem o nosso clima.